[PDF] _coursPresentation_ images_numeriques_bat14-15

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1 Programme de l"enseignement autour des mots " image(s) numérique(s)» TS

Transmettre et stocker de l"information

Notions et

contenus

Compétences

exigibles

Images numériques

Caractéristiques d"une image

numérique : pixellisation, codage RVB et niveaux de gris.

Associer un tableau de

nombres à une image numérique.

Mettre en oeuvre un

protocole expérimental utilisant un capteur (caméra ou appareil photo numériques par exemple) pour étudier un phénomène optique SCIENCES ET LABORATOIRE EN CLASSE DE SECONDE GÉNÉRALE ET

TECHNOLOGIQUE

Enseignement d"exploration

Informations et communications

Prélever des informations

Mots clefs :

* Appareils photographiques, caméscope. Microphones.

Capteurs.

2

Sciences physiques et chimiques en laboratoire - classe de première de la série technologique STL, spécialité

sciences physiques et chimiques en laboratoire

1. Module Image

Notions et contenus Capacités

Photographie numérique : Photo

détecteurs. Photographie argentique. Capteur : sensibilité et résolution. -Mettre en oeuvre expérimentalement une photodiode ou un phototransistor. -Expliquer le principe des capteurs photosensibles CCD d"un appareil photographique numérique. -Réaliser une activité expérimentale pour relier l"éclairement reçu par un capteur et la grandeur électrique mesurée. -Interpréter l"image argentique par un procédé photochimique. -Comparer la sensibilité d"un capteur numérique et celle d"une pellicule argentique à une norme. -Relier la sensibilité à la résolution et à la surface du capteur.

Synthèses additive et soustractive

des couleurs. Systèmes chromatiques. Filtres. -Illustrer expérimentalement les synthèses additive et soustractive des couleurs. -Illustrer expérimentalement le principe du système RVB. -Exploiter un logiciel dédié pour déterminer les caractéristiques d"une couleur : composantes (R, V, B) ou teinte, luminosité, saturation (T, L, S). -Interpréter la pureté d"une couleur dans le diagramme chromatique (CIE 1931). -Citer des procédés de production d"images faisant appel à la synthèse additive ou à la synthèse soustractive. Traitement d"image. -Définir le pixel et estimer ses dimensions dans le cas de l"appareil photo numérique, d"un écran vidéo. -Expliquer le principe du codage en niveaux de gris et en couleurs RVB. -Énoncer qu"une image numérique est associée à un tableau de nombres. -Déterminer expérimentalement la résolution d"un convertisseur analogique/numérique. -Effectuer une opération simple (filtrage) de traitement d"image à l"aide d"un logiciel approprié. -Interpréter le chronogramme de sortie d"un capteur CCD.

Reconstitution de l"image avec

divers imageurs -Expliquer le principe de reconstitution des couleurs par une imprimante, un écran numérique ou un vidéoprojecteur. 3

1 Pixel

" Définition » d"une image, " Résolution » d"une image 2 RVB Synthèses additive et soustractive des couleurs

Codages de la couleur, RVB, CMJN, TLS

3 Couleur

Caractéristiques d"une couleur, CIE, gamut,

Contraste, luminosité,

Histogramme

Filtrage,

Couleurs spectrale,

Couleur perçue, l"oeil récepteur de couleur, ses défauts

4 Lumière

Phénomènes physiques mis en oeuvre dans l"éclairage naturel ou artificiel

Source thermique, lois de Stefan, Wien

Source à spectre discontinu et continu (non thermique) Température de couleur, indice de rendu de couleur Grandeurs photométriques et énergétiques (lumen-watt), (lux-watt/m²) 5 APN

Principe, mise au point auto, ouverture,

Profondeur de champ, balance des blancs

6 Codage numérique et Fichiers

Une image est un tableau de nombres

Codage binaire 8bits

Compression

4

1 Pixel

Définir le pixel et estimer ses dimensions dans le cas de l'appareil photo numérique, d'un écran vidéo

Caractéristiques d"une image numérique : pixellisation

Pixel=Picture element

C"est l'unité de base permettant de mesurer la définition d'une image numérique matricielle,

" Définition » d'une image : nombre de pixels qui composent l'image en hauteur et en largeur : 640 pixels par

480 pixels par exemple, noté souvent " 640 × 480 » pour environ '300k'. Une image obtenu avec un appareil

photo type 2014 est de 12 à 22M, la plus grande( ?) image, fin 2013 est de 150-gigapixel (panoramique de Tokyo

" Résolution » d'une image : nombre de pixels par unité de longueur, en "ppp » (point par pouce)="dpi » (dot

per inch) ou en " ppmm » (point par mm). Les écrans ont par exemple une résolution de 72 dpi, les imprimantes

peuvent aller de 200 à 4800dpi et les scanners de 100 à 4800dpi.

Exemples :

Eclair2816X2112.JPG redimensionnée Eclair1600X1000.JPG re-échantillonnée Eclair2816X2112.JPG redimensionnée Eclair640X480.JPG re-échantillonnée

Eclair2816X2112.JPG redimensionnée 200x150

5

Eclair2816X2112.JPG redimensionnée 80x60

Eclair2816X2112.JPG redimensionnée 40x30

Eclair2816X2112.JPG redimensionnée 34X25

Eclair2816X2112.JPG redimensionnée 20X15

6

768X576 320X240

160X120 (sync) ré-échantillonnée 160X120

76X57 20X15 ré-échantillonnée cubique

Attention : pour avoir la même taille à l'impression, il faut changer Définition ET Résolution en même temps

1188X891 396X297 113X85

Les couleurs sont bien conservées, mais pas les détails (sans compression) 7 2 RVB Illustrer expérimentalement le principe du système RVB. Illustrer expérimentalement les synthèses additive et soustractive des couleurs

Expliquer le principe de reconstitution des couleurs par une imprimante, un écran numérique ou un vidéoprojecteur

C"est une expérience classique du collège, " Synthèse additive », utiliser 3 spots Rouge, Vert et Bleu et

observer les zones où les couleurs se superposent. Observer également les zones où il " manque »

une couleur, les ombres donnent la synthèse soustractive. Pour travailler sur une image simple, on peut la créer avec Paint (ou Gimp): ouvrir Paint : Dessiner un rectangle rempli de différentes couleurs, dont les couleurs primaires. Selon la couleur choisie on verra les pixels plus ou moins lumineux en zoomant avec la webcam. zoom sur l"écran, uniquement du vert zoom sur l"écran , vert+rouge=jaune

Observer l"écran (LCD ou cathodique) avec une loupe ou une webcam (vidéomicroscope) vers le vidéo projecteur)

pour différentes couleurs affichées. Interpréter l"influence de la distance sur la couleur perçue.

8 Caractériser un pixel, pour une couleur quelconque en utilisant la pipette de Gimp (activer " Utiliser la fenêtre

d"information ») On peut voir ici les différents codages de la couleur, RVB, CMJN, TLS.

Une imprimante utilise des pigments de couleurs CMJN, comme pour la peinture, il s"agit d"une synthèse soustractive

si les pigments se mélangent, (mais les pigments n"ont pas besoin de se mélanger, si les grains sont très petits, l"oeil

percevra le mélange des couleurs comme pour l"écran LCD et les pixels vus de " loin »). Ecrans et vidéoprojecteurs utilisent une synthèse additive RVB en général.

Ecran : série de pixels des 3 couleurs RVB dimensions de l"ordre du 1/10mm, (pour chaque couleur, un pixel est

rectangulaire H=3L) Ecran DELL P2110 22'': Optimal Resolution: 1680 X 1050 at 60 Hz, Color Support: 16.7 million colors Pixel Pitch: 0.282 mm (94mm de large pour une couleur)

1680X1050 800X600

Vidéoprojecteur : Différents systèmes existent mais se ramènent tous à une addition des 3couleurs par des systèmes

de filtres LCD ou de micro-miroirs.

écran environ X200

9 3 Couleur

Exploiter un logiciel dédié pour déterminer les caractéristiques d"une couleur : composantes (R, V, B) ou teinte,

luminosité, saturation (T, L, S) On reprend l"image de la mire TV avec le logiciel Gimp

Le logiciel permet d"afficher les caractéristiques d"une couleur par différents paramètres RVB ou TLS.

RVB correspond à la description d"une

couleur à partir de l"intensité de chaque couleur comprise entre 0 (éteinte) et

255 (intensité maximale).

Les couleurs sont définies par une

norme CIE qui représente dans l"espace RVB " toutes » les couleurs possibles (visibles par l"oeil humain).

Dans l"espace de couleur de CIE 1931

XYZ, on peut lire les valeurs des

longueurs d"onde pour les couleurs sur la périphérie du diagramme.

ou sur les diagrammes suivants les couleurs du corps noir pour différentes températures, ainsi que les noms des couleurs intermédiaires.

10

On peut passer du diagramme RVB au diagramme TLS par des relations linéaires (qui sortent surement du

programme !) (

Chaque périphérique peut

représenter un sous- ensemble de couleurs du diagramme complet (= ensemble des couleurs perçues par l"oeil humain)

Un ensemble de couleurs

est nommé " Gamut » http://www.profil-couleur.com/ Distinguer contraste et luminosité d"une image. Réaliser, interpréter et exploiter l"histogramme d"une image numérisée Parmi les caractéristiques d"une image, il y a le contraste et la luminosité ;

11 La luminosité donne une indication sur l"aspect lumineux de la couleur étudiée : plus la couleur est sombre,

plus sa luminosité est faible.

Le modèle (T,L,S) utilise directement la luminosité dans la définition d"une couleur, alors que pour le

modèle (RVB), la luminosité est calculée par :

L= (Max(R,V,B)+Min(R,V,B))*240/(2*255

Le contraste est un caractère de la répartition lumineuse d"une image globale ou entre deux points voisins

d"une image. (Cette notion est aussi vue en optique physique, les interférences obtenues avec des fentes

d"Young et une source étendue pour laquelle on peut obtenir un " inversion de contraste » lorsque la

frange centrale devient sombre). Si I est l"intensité lumineuse, C = (Imax-Imin) / (Imax+Imin) , (appellé

aussi Visibilité). Les logiciels de traitement d"image ont tous une fonction ajustement luminosité/contraste.

Exemple avec Gimp :

Luminosité -127

Image initiale

Luminosité +127

Contraste -100

Image initiale

Contraste +74

L"histogramme d"une image représente la distribution des nombres de pixels d"une même luminosité.

Pour les 6 images précédentes :

Les représentations des histogrammes précédents correspondent à l"image complète RVB, le logiciel peut

également traiter chaque couleur indépendamment.. 12

Image précédente 1188X891

dans laquelle le rouge a été mis à 0 avec l"outil Niveaux appliqué au canal Rouge.

Filtrage : Une image peut être " filtrée », (= on applique un filtre), analogiquement ou numériquement (=sélectionner

un algorithme de transformation).

Analogiquement en utilisant un filtre coloré dont l"effet sera de laisser passer une partie plus ou moins large

du spectre.

Exemple analogique:

Original

Filtre

Transmission du filtre jaune-orangé (spectroOvio) t

00.10.20.30.40.50.60.70.8

4000 5000 6000 7000 8000

13 Exemple de filtres numériques :

Puzzle Pixeliser

Flou Fractalise Effet d"éclairage

Comparaison entre une couleur spectrale (jaune Sodium) et l'addition de deux couleurs monochromatiques (lasers

rouge et vert)

A gauche lampe au sodium (couleur

spectrale=couleur perçue), à droite addition des 2 lasers rouge et vert (jaune = couleur perçue) Dans le spectre suivant à droite, on la raie du sodium et les 2 raies des lasers

Les couleurs perçues sont toujours liés aux

récepteurs de la rétine mais le cerveauquotesdbs_dbs50.pdfusesText_50

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